基于VMD的MAG焊输入端电信号频域分析

通过电信号采集平台,对焊机输入输出端电信号进行同步采集．分析弧焊电源整流电路,对输入电信号进行整流处理得到输入电压与电流,最终计算得到弧焊电源的输入功率．经过对比发现输出电流与瞬时输入功率峰值变化趋势基本一致．论述了变分模态分解(VMD)原理及方法,并对瞬时输入功率进行分解,得到一系列特征BLIMFs信号．通过对不同过渡模式(大滴过渡、短路过渡和混合过渡)下瞬时输入功率信号、特征IMF信号和焊接输出电流信号在频域上的对比分析,发现VMD能够有效得到低频(IMF1)、中频(IMF2)和高频信号(IMF3),且中频和高频信号表现出了焊机不控整流的脉动信息(300 Hz)以及电网的干扰．而低频IMF1信号与焊接输出电流信号频域一致性良好,并在时域上也有良好的一致性．结果表明了通过对输入瞬时功率的VMD,其低频分量能够有效表征焊接过程,从而为从输入端评定过渡过程稳定性提供了一种新思路．     

耐候钢Q450NQR1深熔GMAW电弧行为

分别采用深熔GMAW和脉冲MAG对耐候钢Q450NQR1进行了焊接试验,焊接过程中采集电流、电压及其对应的电弧图像,观察和分析了电弧形态和焊缝成型,同时基于图像处理考察了深熔GMAW焊接电流和焊接速度对电弧行为、焊缝成型的影响.结果表明:相比脉冲MAG,深熔GMAW电弧能量更集中,热源位置下降,焊缝熔深增加,且焊缝几何对称性较好;随着深熔GMAW焊接电流的增加和焊接速度的降低,电弧面积减小,边缘周长变短,质心位置下降,焊缝熔透深度增加;焊接电流315 A、焊接速度650 mm/min时焊接电弧最为稳定,焊缝成型质量也最好.采用优化的焊接工艺完成了12 mm厚Q450NQR1钢板材的单面焊双面成型,焊缝成型较好,接头各区域无软化和脆化现象.     

小波包分解Welch平均法在焊接电弧声功率谱估计中的应用

对试验系统采集到的焊接电弧声进行了小波包多层分解 ,并利用周期图法、Welch平均法及AR模型法 ,对各频段信号进行功率谱估计 .根据不同谱估计方法的对比结果 ,提出小波包分解结合Welch平均法对焊接电弧声进行功率谱估计的新方法 .通过对几种规范与飞溅率下的电弧声功率谱的初步分析 ,发现其功率谱分布具有一定的规律性 ,并且不同频段谱峰值及其对应频率与焊接飞溅具有相关性     

坡口宽度对超窄间隙焊接电弧特性的影响

坡口宽度小于5mm的超窄间隙焊接中,当坡口宽度进一步减小时,电弧特性变得很敏感,对焊接工艺参数的适应性要求提高.采用焊剂带约束电弧超窄间隙焊接技术,通过调节坡口宽度和焊接工艺参数研究其对超窄间隙电弧特性的影响规律.结果表明:在超窄间隙坡口中,保持工艺参数不变,坡口宽度减小,会使焊接电流增大,侧壁熔深变宽.当坡口宽度和送丝速度一定时,其焊接电流随电弧电压的增大呈上升趋势,且坡口宽度越窄,焊接电流对电弧电压的变化越敏感.利用不同坡口宽度下的电弧特性可对超窄间隙焊接时所匹配的工艺参数进行有效调控,坡口宽度变窄,所适用的焊接参数减小.     

气体保护药芯焊丝双丝焊接电信号稳定性分析

为进一步了解CO2气体保护药芯焊丝双丝焊接过程中电弧的稳定性和避免双丝焊接过程中产生的有规律的断弧现象,设计了不同焊接参数值（电压匹配、电流匹配、焊丝间距）的系列实验,采用高速摄像系统同步拍摄了电弧形态,采用Labview信号采集系统同步采集了焊接过程中两电弧的电流、电压波形.采用电流直方图对两电弧稳定性进行了对比分析.结果表明：对于引导电弧,降低跟随电弧电压,降低跟随电弧与引导电弧的电流比例,增大焊丝间距,电弧稳定性得以提高;对于跟随电弧,降低引导电弧与跟随电弧的电流比例,降低跟随电弧电弧电压,增大电弧间距,跟随电弧中断频率降低.最后,将高速摄影拍摄到的电弧图片与采集到的电流、电压波形图相结合,说明了发生断弧现象的循环规律.     

一种采用能量平衡关系的新型交流电弧炉模型

基于能量守恒定律,建立一种以微分方程描述的新型交流电弧炉(EAF)时域模型.模型以电弧导纳作为状态变量,弧长和电流作为输入,引入时序变化的电弧半径作为参变量,并给出模型参数的估算方法.以实际炼钢交流电弧炉为例,建立电气系统仿真模型,对熔化期的电弧特性及电弧炉对电网的冲击响应进行仿真研究.结果表明:仿真得到的电弧伏安特性与实测数据吻合度较高,有功和无功冲击均与实际工况相符,验证了模型的准确性和实用性.     

微束等离子焊接电弧光学特征的试验研究

在大量试验的基础上,给出了超小电流微束等离子焊接电弧形态特征及光谱的频域测试结果.根据试验结果可以看出,焊接电弧形态变化取决于焊接参数的变化,谱线的波长范围在750~850 nm;微束等离子焊接电弧光谱分布并不随焊接规范的变化而变化.但是,随着焊接电流强度的增加,电弧中出现近紫外线谱线.     

高压干法水下熔化极惰性气体保护焊电弧声数据采集与分析

摘要： 设计了高压干法水下熔化极惰性气体保护焊（MIG）电弧声采集硬件系统,研究分析了不同环境压力对声音信号的影响规律,并进行了不同压力环境下的传声器校准;采用LabVIEW软件编程,同步采集焊接过程中的电弧声和电流、电压信号,在时域和频域两方面分析高压干法水下MIG焊接过程中不同环境压力下的电弧声信号特征,为电弧声在高压干法水下MIG焊接质量监控中的应用奠定基础.     

浅水湿法和常压空气中焊接的电弧稳定性

由于水和压力对焊接过程的影响,浅水湿法焊接的电弧稳定性较差.为此,文中提出以焊接电弧电压差异系数的倒数作为衡量电弧稳定性的指标,利用高压舱水下焊接平台进行湿法焊接试验,通过采集不同焊接参数下湿法和空气中焊接的电压波形并计算焊接电压差异系数的倒数,定量研究了浅水湿法和常压空气中药芯焊丝焊接电弧的稳定性.结果表明,在所试验的焊接参数范围内,浅水湿法焊接的电弧稳定性与电流呈负相关,与电压呈正相关,故应选择最优的导电嘴至工件距离以使电弧稳定性最高;浅水湿法焊接的电弧稳定性随焊接速度的增大而减小,而常压空气中焊接基本不变;湿法焊接可采用的焊接电压和电流的工艺参数窗口更窄;焊接电流一定时,湿法焊接应比空气中焊接选用更高的电压,以提高焊接电弧的稳定性.     

非熔化极旁路耦合电弧GMAW工艺研究

在优化工艺参数的基础上,采用非熔化极旁路耦合电弧GMAW进行焊接工艺试验,得到成型良好的焊缝,并通过LabVIEW软件对其电流、电压信号进行采集,分析其电流分布.测量结果表明,与普通GMAW方法相比,非熔化极旁路耦合电弧GMAW可实现高熔敷电流下的低母材电流输入,从而达到高效焊接的目的,并且焊缝成型良好.     

CO2药芯焊丝的焊接工艺研究

对 CO2 药芯焊丝的焊接工艺进行了研究 .分析了电弧电压、电弧电流、焊接速度对药芯焊丝焊接工艺的影响 ,并对 CO2 药芯焊丝和实芯焊丝的性能作了部分对比试验 .研究表明 :CO2 药芯焊丝的焊缝成形、焊缝的熔合、焊接质量明显好于 CO2 实芯焊丝 .     

脉冲旁路耦合电弧MIG焊一体化专用电源建模及仿真

脉冲旁路耦合电弧MIG焊是一种低能量输入的焊接方法,其普遍采用双电源协同的方式来实现.针对双电源系统结构复杂、协同控制困难的问题,采用一体化专用电源的思想,提出了主弧和旁弧两路脉冲电流使用同一控制系统进行统一协调控制的总体设计方案.设计了基于三相输入整流滤波、有限双极性全桥逆变、变压及二次整流滤波的主电路,采用模糊自适应整定PID控制算法进行反馈控制.搭建了主电路、控制算法和PWM波生成器的系统整体模型,模拟仿真了脉冲旁路耦合电弧MIG焊主弧和旁弧脉冲电流波形同步相位和交替相位时的情况,仿真结果结果表明,脉冲旁路耦合电弧MIG焊一体化专用焊接电源的设计方案是可行的,能够满足其电流波形匹配的要求.     

PI控制的故障电弧电流还原装置设计

针对故障电弧保护电器动作特性测试的试验周期长、效率低等问题，设计了基于PI控制的电弧电流还原装置.通过搭建Multisim与LabVIEW联合仿真环境对电流还原装置的硬件电路进行仿真，以此验证方案的可行性.同时调试硬件装置进行试验验证，对比原始信号与还原信号的时域、频域特征参数和THD值作为电流还原度指标.试验结果表明，电弧电流还原整体还原度良好，该装置基于原始电弧故障数据给电弧故障检测算法和AFDD产品测试提供了更加真实和便利的测试条件.     

电弧超声参数对焊接接头性能的影响

电弧超声频率是影响焊接接头质量的主要因素。该文以09MnNiDR为研究对象,通过引入电弧超声前后的系列焊接工艺实验,以焊接接头的冲击功为评判指标,从激励频率和激励能量两方面研究电弧超声激励参数对焊接接头性能的影响。结果表明:熔池凝固过程的改善效果由激励电流与激励频率共同决定,通过回归方程的求解得出电弧超声在一定的能谱区间内能够较大幅度提高焊接接头性能的结论。     

极性变换过程的电弧图像同步错时拍摄及其动态行为观测

对变极性钨极惰性气体(tungsten inert gas,TIG)保护焊电流换向过程中的电弧形态和电流变化信息进行同步采集及综合分析,有助于深入认识极性变换过程中电弧的动态变化机理。然而,变极性过程持续时间短,对电流信息和电弧图像的同步采集精度以及图像采集设备的采集频率和图像分辨率都提出了较高要求。该文综合运用数据采集卡的同步输入与输出功能及高速摄像的同步触发功能,实现了变极性过程的焊接电流和电弧图像的同步采集,同步误差可控制在2μs以内,同时,利用脉冲触发电压周期与变极性周期的差值,实现了以较低的采集频率和较高的图像分辨率而获得了近似连续变化的电弧图像,降低了对图像采集设备的性能要求。在此基础上,对焊接电弧动态行为随电流的变化规律进行初步分析,发现变极性过程中电弧形态变化滞后于电流变化,电流过零时刻及前后不会发生电弧熄灭现象,且电弧灰度最低时刻出现在极性变换后的电流恢复阶段,研究结果为进一步改善变极性TIG焊的电弧燃烧稳定性指明了方向。     

三丝焊接参数对电弧形态特征的影响

由于电磁力的作用,多丝焊接多电弧与常规的单丝焊接电弧有显著不同的形态特征,电弧稳定性也受到直接影响.通过三丝焊接实验,借助高速摄影系统,量化研究了不同焊接电流组合和焊丝距离组合对电弧形态特征的影响.电弧形态参数包括电弧的高度、面积和偏移量,将三者的波动性作为评价电弧稳定性的3个参数.结果表明,电弧高度无明显波动,其值与焊接电流有关,与焊丝距离无关.采用大电流焊接时,熔池金属较多,导致"潜弧现象"的发生,电弧高度和面积均减小;大电流条件下的电弧抗干扰能力强,电弧偏移量小,电弧燃烧稳定.焊丝距离的改变对中间电弧面积的影响最直接,而对引导电弧和跟随电弧面积的影响较小.总体来说,随着焊丝距离的增大,电弧干扰作用和电弧偏移量减小,电弧稳定性提高.     

CO2焊过程电信号的统计分析

采用时域的统计分析方法可将C02焊焊接过程电信号转化为客易理解的形式。本文以C02焊焊接过程的短路时间、燃弧时间、周期时间作为统计量进行统计分析、针对送变式C02焊电源，通过正交实验分析了其焊接过程的稳定性、试验结果表明：表征焊接过程质量的重要信息可以从电压、电流的时域统计分析中得到；电弧电压和焊接电流的概率密度分布则能充分反映焊接过程的波动性及状态。     

全位置TIG管焊机焊接电流的平滑曲线控制

采用单片机技术及逐次线性插值法设计出焊接工件圆周上相应位置的焊接规范参数曲线,实现了全位置ＴＩＧ 管焊机焊接电流的平滑调节,精确控制电弧能量的分布,使焊缝熔透均匀,表面成型美观。该焊机自动化程度高,操作方便,且具有较强的稳定性     

铝-浸铝钢板异种金属连接CMT焊接工艺研究

对铝合金和浸铝钢板搭接件进行了异种材料冷金属过度(CMT)钎焊,研究了工艺参数对焊缝表面成形的影响.试验结果表明采用CMT焊接方法能够对厚度为1mm的6061铝合金板和浸铝钢板进行焊接,发现焊接速度对于焊接成型的影响很大,焊接速度越快,所允许使用的焊接电流的范围越窄.同时发现焊接速度越快,焊接电弧对于板材的热输入影响越小.最后得出焊接电流85A,速度0.75m/min的最佳工艺参数.解决了电弧焊过程中铝板和钢板搭接成型差的问题.     

纵向磁场作用下的钨极氩弧焊电弧温度场

通过采集钨极氩弧焊电孤单色图像,采用Fowler-Milne法得到了纵向磁场作用下的电弧温度场,研究了磁感应强度、焊接电流和弧长对电弧温度场的影响.结果表明:在纵向磁场作用下,电弧温度整体降低,电孤体下部出现低温腔;电孤温度场受磁感应强度、焊接电流及弧长的影响.结合电弧图像及温度场在纵向磁场作用下的变化规律,对纵向磁场作用下电弧的演变过程进行了描述:随着磁感应强度增大,在洛仑兹力与自磁收缩力的共同作用下电弧出现先扩张后收缩的现象;随着弧长变长,低温腔变大,阳极附近电孤中心温度变低,且温度半径变大;随着焊接电流的增大,电孤作用半径及电弧的温度半径变大.